CN104897510B - 一种评价防砂管冲蚀速率的方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

一种评价防砂管冲蚀速率的方法及其专用装置，利用现场所用筛管加工成筛管片进行实验。通过对实验过程不同时段的产出砂做激光粒度分析来评价防砂管精度的变化，通过对实验前后筛管片质量的变化来评定筛管在特定储层条件和生产条件下的冲蚀速率，最终达到预测筛管的冲蚀速率及使用寿命的目的。为解决此问题所采用的技术方案是：本发明所提供的室内评价防砂管冲蚀速率装置，为一整套流体循环装置，其中包括循环液储备罐1、高压泵2、压力表3、流量监控设备4、安全排气阀6、压力传感器7、密闭高压釜体8、油砂分离器9、数据采集系统10。其中冲蚀台架14、清洗喷嘴22、冲砂喷头15都安装在密闭的高压釜体8内。

Description

一种评价防砂管冲蚀速率的方法及其专用装置

技术领域

本发明公开了一种室内评价防砂管冲蚀速率的方法及其专用装置。

背景技术

在弱固结砂岩油藏中，油层出砂一旦严重，此时危害不仅是形成砂堵影响油井产量，同时也会磨损抽油泵和抽油杆，增加清砂作业的工作量；油层出砂严重时会堵塞油井，使油井停产。机械筛管防砂是其选择的主要防砂工具之一。由于地层本身的地质属性和开采方式的不同，在油气田的生产过程中，现场的防砂方式选择不一样，经过数据调研，目前最常见的机械防砂方式有：割缝衬管、绕丝筛管、砾石充填、优质筛管和其他多种新型防砂筛管。对于油田防砂成功的关键主要不仅在于防砂方式和参数的选择，筛管性能的好坏对防砂的质量、成本和油井的产量等都有很大的影响，在油田生产现场筛管长期使用过程中，由于冲蚀引起筛管的防砂精度增大甚至掉块等现象而致使防砂失败常有发生，一旦筛管失效将导致油井整个防砂作业的失败。筛管在钻采作业中的损坏形式主要表现是冲蚀磨损失效，导致筛管冲蚀磨损失效的主要因素有生产压差、生产过程中的原油含砂浓度、含砂粒度分布以及生产井中的腐蚀性气体引发的损坏失效等双重因素造成的。由于现场使用的筛管具有其特定的形状及其组合方式，相对于不同完井方式来说，在砾石充填情况下，一般相配套使用的割缝筛管、绕丝筛管或优质筛管会在外层砾石的渗流保护下降低相对应的冲蚀，而在定向井、大位移井或者水平井中，当其砾石充填不均匀甚至筛管上表面未充填砾石的情况下，即与筛管独立完井的方式一样，让筛管直接面对含砂流体对其冲击。目前对筛管冲蚀速率的评价方法多是凭经验，具有很大的局限性。同时在防砂方式的选择上主要考虑的是防砂初期的产量和出砂量，从未考虑在长远生产过程中筛管损坏及其损坏后的产量及出砂量。最优的防砂措施是既要考虑初期防砂成果，更重要的是考虑长远防砂的效应，提高筛管的长期使用寿命，提高防砂后的油井经济指标高。要达到这个目的，不仅需要优选完井时的防砂方式及参数，更要考虑防砂管在生产过程中不同地层参数及生产条件下的使用寿命及生产效率。因此，需要研制出一种能在实验室内进行评价防砂管冲蚀速率的装置，用于评价防砂管长期的防砂效果及寿命。

发明内容

本发明的目的是：为了提供一种室内评价防砂管冲蚀性能的方法及其专用装置，利用现场所用筛管加工成筛管片进行实验，这样可以避免在节省现场的实验费用和时间，特提出一种评价防砂筛管冲蚀性能的方法及其专用装置。

为了达到上述目的，本发明为解决此问题所采用的技术方案是：本发明的目的是提供一种室内评价防砂管冲蚀性能的方法及其专用装置，本发明所提供的室内评价防砂管冲蚀速率装置，为一整套流体循环装置，其中包括循环液储备罐1、高压泵2、压力表3、流量监控设备4、安全排气阀6、压力传感器7、密闭高压釜体8、油砂分离器9、数据采集系统10，其中冲蚀台架14、清洗喷嘴22、冲砂喷头15都安装在密闭的高压釜体8内。

所述高压釜体为了加工和清理沉砂的方便，将其分成多个部分进行加工，主要分为上底面压盖24，下底面为底座17，所述高压釜体的侧壁与其压盖24和底座17之间用螺栓固定连接，各部分之间都有密封圈垫连接。

所述高压釜体的侧壁桶9上设有五个进油口，其中四个进油口13与冲砂喷头15管汇相接，冲蚀台架14放在高压釜8中心，冲砂喷头15分别均布于冲蚀台架的四周，清洗喷嘴进油口23置于两个冲砂进油口的中间，五个进油口等高，清洗喷嘴22正对冲蚀试件21，来清洗由于长时间的实验过程中在冲蚀试件表面形成的泥饼，防止悬浮的砂粒在冲蚀试件表面形成泥饼后不能达到不间断冲蚀筛管片的作用，所述高压釜体8下底面设有出油口18，在高压釜底部预放置有一定量的砂，利用流体通过旋转喷嘴15将砂粒冲起，来建立混砂液，混砂液通过筛管试件21从出油口18流出，经过流量和砂量监测器25和油砂分离器9，其中油液再次回到循环液储备罐1中，形成整个循环。

所述压力检测系统分别包括高压釜体内和外相应的压力检测系统，在高压釜体内主要利用压力传感器7进行监测，测压点纵向上设置在高压釜体中部(与进油口的垂直高度相同)，其位置在高压釜内壁，内部测压点主要在冲蚀台架14内壁上，主要是为了测试防砂试件内外的压降。压力传感器7用于收集这些传感器的输出压力数据的数据采集系统10、数据存储器11组成，其中，高压釜内壁上的传感器与冲蚀台架内壁上的传感器安装于相同的垂直高度，用于测高压釜环空和冲蚀台架内壁上的压力来模拟防砂管片的压降，即模拟生产过程中的生产压差。

所述进油口13和23，其与高压釜体8的下底面的距离大于筛管片的安装位置，为清洗喷嘴的安装提供空间，清洗进油口23相对应的流量控制阀26控制着清洗喷嘴22的流量，冲砂进油口13相对应的流量控制阀27控制着冲砂喷头15的流量，在清洗防砂试件表面时，控制冲砂喷头的流量控制阀关闭，控制清洗喷嘴的流量控制阀打开，两者交替作用，其中控制冲砂进油口13相连流量控制阀27的恒定流量来模拟筛管生产过程中的产量。

所述高压釜体8为圆筒型，所述进油口须位于高压釜体侧壁中部，等高，冲砂进油口沿周向均匀对称布置，四个方向(高压釜体同一高度的周线的四分点)各设一个进油口，清洗进油口位于两个冲砂进油口之间。

附图说明

图1是本发明的装置连接及流程示意图；

图2是本发明的高压釜体装置结构示意图；

图3是本发明的高压釜体装置结构俯视图；

图中：循环液储备罐1、高压泵2、压力表3、流量监控设备4、安全阀5、排气阀6、压力传感器7、密闭高压釜体8、油砂分离器9、数据采集系统10、数据存储器11、垫块12、进油口13、冲蚀台架14、旋转喷头15、橡胶垫片16、底座17、出油口18、高压釜侧壁19、冲蚀试件压条20、筛管片21、清洗喷嘴22、清洗入油口23、高压釜压盖24、流量和砂量监测器25、清洗流量控制阀26、混砂流量控制阀27。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本发明的室内评价防砂管冲蚀速率的装置，它包括密闭高压釜体8、冲蚀台架14、喷嘴22、旋转喷头15、冲蚀试件21、清洗流量控制阀26、混砂流量控制阀27；其中，高压釜体8为圆筒状，冲蚀台架14为圆筒状，放置于高压釜体8内，嵌套于底座17的台阶内，其与高压釜体8同心，利用垫块12及橡胶垫片16将冲蚀台架14密封于高压釜体内，筛管片镶嵌于冲蚀台架14壁上，利用冲蚀试件压条20进行固定，并密封。

高压釜体8的侧壁上设有五个进油口，四个位冲砂进油口13，一个为清洗进油口23，进油口位于高压釜体侧壁中部，其中四个冲砂进油口13沿周向均匀对称布置，清洗进油口23位于两个冲砂进油口周向的正中间，三者齐平，冲蚀试件的安装位置位于冲蚀台架的中部，其高度与喷嘴的高度相协调，即清洗喷嘴的流体喷出后可清洗冲蚀试件表面为最优位置，为了满足喷嘴能充分清洗冲蚀试件表面的泥饼层。

高压釜体内底座17的上表面预先放置一定量及一定粒度分布的砂样，在配置砂样时与测试油田储层粒度一致，其中高压釜体内有两个测压点，主要利用压力传感器7进行监测，测压点纵向上设置在高压釜体中部(与进油口的垂直高度相同)内壁上，内部测压点主要在冲蚀台架14内壁上，主要是为了测试防砂试件内外的压降。压力传感器7用于收集这些输出压力数据经数据采集系统10储存于数据存储器11中，便于读取和分析，其中，高压釜内壁上的传感器与冲蚀台架内壁上的传感器安装于相同的垂直高度，用防砂管外壁连接的传感器压力与高压釜内压力的差值模拟防砂管的压降，即是模拟筛管生产过程中的生产压差。

室内评价防砂管冲蚀速率的评价装置还设有稳压供油装置2(施压及供油)、压力监测装置3及流量监测装置4、安全阀5可以按照设定的压力稳压输入模拟油的，稳压供油装置与进油口13连接，这样使所述进油口施加稳定的驱动压力，模拟油藏静态压力形成生产压差。

高压釜体中的混砂液利用循环流体在旋转喷砂头15的作用下形成冲旋流体，带动高压釜底堆积的沉砂，在筛管外壁与高压釜内壁之间的环空形成连续的混砂液；上述的流量监测装置与出油口相连接，主要为了监测实验过程中从筛管片过流油的流量，油中的含砂量以及砂的粒度分布。

上述装置使用过程中的，将防砂筛管片安装在冲蚀台架的筛管片口处，在筛管片与冲蚀台架的接触部位放置密封胶垫，利用压条筛管片紧固在冲蚀台架上，将安装好防砂管片的冲蚀台架至于高压釜体内，并与底座通过密封圈密封连接，在高压釜底充填一定量的模拟地层砂，固定好高压釜体的压盖和底座，利用稳压进油系统泵入一定压力或者流量的模拟油，模拟油从入油口按照一定压力进入高压釜体内，然后通过防砂管片从出油口流出。

整个过程中稳压供油装置可以控制入油口压力；压力检测装置监控环空内外的压力或者流量，计算环空压降，以此来建立实验过程中的压差，同时还可检测出砂量；流量控制器可以模拟油田在生产过程中的产量；油砂分离装置主要将出油口的油砂进行分离，分离出来的砂可以利用来测试粒度，除砂后的油可以循环回储油罐中。

因此，利用上述室内评价防砂管冲蚀速率的装置可评价待测防砂管的抗冲蚀性能，即取出实验一段时间后的筛管片进行清洗，称量，比较其与实验前重量，同时建立实验条件与实验前后重量的关系，来评价防砂筛管的冲蚀速率，并利用扫描电镜来观察冲蚀后挡砂单元表面的微观情况，来具体分析筛管冲蚀的类型。该装置的优点是：一是直接采用油田常用筛管取样进行实验，测试结果更有代表性；二是根据不同的地层物性特征和生产措施要求(压力和流量)适时调整试验参数，评价结果更有利于接近生产实际；三是能适时了解不同防砂筛管片的压力一流量一出砂量的变化规律及其特征，针对油田特性对不同防砂管进行冲蚀速率评价，防砂管性能评价试验流程如下：一是按油田实际地层砂样粒度分布配比相近的实验用砂预放置于高压釜底部，并根据不同油田的地下原有粘度相对应利用不同粘度的机械油模拟稠油作为流体介质；二：将注入管线连接到压力控制系统(即稳压供油装置，具有自动控制补偿系统)，以设置的恒定压力模拟地层实际生产压差作为驱动压力注入机械油；三：测量实验过程中的流量，防砂管压差(防砂管外壁的传感器压力与大气压的差值)，环空堆积砂压差(支撑架外壁压力传感器测试压力与防砂管外壁传感器测试压力的差值)，从防砂管出来的砂重参数；四：通过出砂量的测定来评价防砂管在实验过程中是否被破坏，同时通过对实验过程不同时段的产出砂做激光粒度分析来评价实验过程中防砂管精度的变化，通过对实验前后筛管片质量的变化来评定筛管在特定储层条件和生产条件下的冲蚀速率，最终达到预测筛管的冲蚀速率及使用寿命的目的。

Claims (1)

1.一种评价防砂管冲蚀速率的装置，其特征在于：包括密闭高压釜体、冲蚀台架、冲蚀筛管片、冲砂喷头、清洗喷嘴、稳压供油装置、压力监测装置、流量监测装置、数据采集系统；所述密闭高压釜体为圆筒状，密闭高压釜体的上端连接有安全排气阀，密闭高压釜体的下端具有底座，所述密闭高压釜体的侧壁上设有五个进油口，其中四个为冲砂进油口，一个为清洗进油口，四个冲砂进油口均匀分布于所述密闭高压釜体的侧壁中部，清洗进油口位于两个冲砂进油口正中间，五个进油口高度相同，密闭高压釜体的底座上部具有台阶，下部设有出油口；所述冲蚀台架为上端封堵的圆筒状结构，并与密闭高压釜体同轴心，冲蚀台架的上端设置垫块，下端利用橡胶垫片嵌套于所述台阶内，从而实现冲蚀台架密封于密闭高压釜体内；冲蚀台架的侧壁上部有一个大于冲蚀筛管片的台阶孔，所述冲蚀筛管片镶嵌于所述台阶孔上，并利用冲蚀筛管片压条进行固定和密封，所述冲蚀筛管片为一个圆形的完整防砂单元，其大小约为1英寸；所述冲砂喷头与所述冲砂进油口管汇相接；所述清洗喷嘴与清洗进油口连接，并正对于冲蚀筛管片；所述稳压供油装置通过所述流量监测装置与所述进油口连接；所述压力监测装置包括分别设置于密闭高压釜体和冲蚀台架内壁上的压力传感器；所述流量监测装置还与所述出油口相连；所述压力监测装置和流量监测装置均与所述数据采集系统相连。